第二章树脂树脂部分精选文档.ppt
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1、第二章树脂树脂部分1本讲稿第一页,共六十九页第一节 离子交换树脂基本概念国产离子交换树脂的分类国产离子交换树脂的分类国产离子交换树脂命名法则及型号国产离子交换树脂命名法则及型号本讲稿第二页,共六十九页国产离子交换树脂的分类国产离子交换树脂的分类 离子交换树脂品种很多,因其原料、制法和用途不同,分类方法各异。主要分类方法下:1.按功能基类别分:a.强酸性阳离子交换树脂,其功能基为:磺酸基R-SO3H b.弱酸性阳离子交换树脂,其功能基为:羧酸基R-COOH,磷酸基R-CHPO(OH)2 c.强碱性阴离子交换树脂,有两种功能基:型强碱基团 R-CH2(CH3)3OH(季胺基)型强碱基团 R-CH2
2、N(CH3)2(C2H4OH)OH(季胺基);d.弱碱性阴离子交换树脂,其功能基有:伯胺基 R-CH2NH2 仲胺基 R-CH2NHCH3 叔胺基 R-CH2(CH3)本讲稿第三页,共六十九页2.按结构类型分:a.凝胶型:包括均孔树脂及多次聚合的树脂;b.大孔型 这两种树脂的差别在于前者无物理孔,后者有物理孔。3.按聚合物单体分:a.苯乙稀系:此系是以苯乙稀作为主要原料的各种树脂;b.丙稀酸系:此系是以丙稀酸衍生物作为主要原料的各种树脂;c.酚醛系:此系是以苯酚和醛作为主要原料的各种树脂;d.环氧系:此系是以环氧氯丙烷和各种胺为主要原料的各种树脂;e.乙烯吡啶系:此系是以乙烯吡啶作为主要原料的
3、各种树脂。本讲稿第四页,共六十九页4.按用途分:a.工业级 指供一般工业用的树脂;b.食品级 指供食品工业用的树脂,这种树脂要经过特殊处理以防止污染食品;c.分析级 指供化学分析用的树脂,这种树脂要经过某种处理,使杂质含量符合分析要求;d.核等级 指供核工业用的树脂,这种树脂要经过某种处理,以提高树脂耐辐射性并降所不应有的杂质;e.层床专用 指用于双层床、三层床、混床、浮床的树脂,其密度和粒度均有特殊要求。本讲稿第五页,共六十九页国产离子交换树脂国产离子交换树脂命名法则及型号命名法则及型号 1983年我国颁布了离子交换树脂分类、命名及型号GB1631-83国家标准,该标准的命名原则为:离子交换
4、树脂的全名称由分类、骨架(或基团)名称、基本名称排列组成。离子交换树脂的型态分凝胶型和大孔型两种。凡具有物理孔结构的称大孔型树脂,在全名称前加“大孔”两个字。基本名称:离子交换树脂,分类属酸性的,应在基本名称加“阳”字;分类属碱性的,应在基本名称加“阴”字;根据以上原则来称谓水处理常用的四种离子交换树脂的全名称为:强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂,弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂,强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂,弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。本讲稿第六页,共六十九页 为了区别同一类离子交换树脂中的不同品种,在全名称前必须有型号。这种型号主要以三位阿拉伯数字组成,左第一位数字代表产品的分类,第二位数字代表
5、骨架的差异(代号见表1.1 和表1.2),第三位数字为顺序号,用以区别基团、交联剂等的差异。表1.1 分类代号(左第一位数字)表1.2 骨架代号(左第二位数字)代 号0123456分类名称强酸弱酸强碱弱碱螯合两性氧化还原代 号0123456分类名称苯乙烯 丙烯酸 酚醛环氧乙烯吡啶 脲醛 氯乙烯 本讲稿第七页,共六十九页 大孔树脂在型号前加“D”表示;凝胶型离子交换树脂的交联度可在型号后用“”号联接阿拉伯数字表示。如遇到二次聚合或交联度不清楚时,可采用近似值表示或不予表示。型号图解:*D*交联度数值 连接符号 顺序号 顺序号 骨架代号 骨架代号 分类代号 分类代号 大孔型代号本讲稿第八页,共六十
6、九页 对于专用树脂,可在树脂型号后加设备要求的符号,在水处理中浮床、层床、混床等专用树脂在其型号后分别加有FC、SC、MB符号,见表1.3。表1.3 树脂专用符号用 途 Amberlite标号 Lewatit标号 电力行业标准 层床用 Stratebed(前置)ST(后置)SC(后置)混床用 MB(前置)MB(后置)MB(后置)高流速 浮动床 FC三层床 TR 本讲稿第九页,共六十九页第二节第二节 离子交换树脂的有关性能离子交换树脂的有关性能l离子交换树脂的物理性能离子交换树脂的物理性能l离子交换树脂的化学性能离子交换树脂的化学性能l离子交换树脂的质量标准离子交换树脂的质量标准l离子交换树脂工
7、艺性能离子交换树脂工艺性能l使用离子交换树脂应注意的事项使用离子交换树脂应注意的事项本讲稿第十页,共六十九页离子交换树脂的物理性能离子交换树脂的物理性能l外观外观:离子交换树脂的外观包括:颗粒:离子交换树脂的外观包括:颗粒的形状、颜色、完整性以及树脂中的异的形状、颜色、完整性以及树脂中的异样颗粒和杂质等样颗粒和杂质等本讲稿第十一页,共六十九页水溶性浸出物水溶性浸出物l浸出物的性质一般表现如下:浸出物的性质一般表现如下:(1 1)阴离子交换树脂的浸出物呈阳离子性质,其中)阴离子交换树脂的浸出物呈阳离子性质,其中主要有胺类。主要有胺类。(2 2)强酸性阳离子交换树脂的浸出物为低分子磺酸盐,)强酸性
8、阳离子交换树脂的浸出物为低分子磺酸盐,这已为色谱法测定(浸出物的氧化物是硫酸根)所证这已为色谱法测定(浸出物的氧化物是硫酸根)所证明。低分子硫酸盐可溶于水中,不断从阳树脂中释放明。低分子硫酸盐可溶于水中,不断从阳树脂中释放出来,它会污染阴树脂,因此必须控制浸出物的含量。出来,它会污染阴树脂,因此必须控制浸出物的含量。本讲稿第十二页,共六十九页含含 水水 量量l l含水量:指单位质量树脂所含的非游离水分的多少,含水量:指单位质量树脂所含的非游离水分的多少,含水量:指单位质量树脂所含的非游离水分的多少,含水量:指单位质量树脂所含的非游离水分的多少,一般用百分数表示一般用百分数表示一般用百分数表示一
9、般用百分数表示 l l离子交换树脂的含水量与树脂的类别、结构、离子交换树脂的含水量与树脂的类别、结构、酸碱性、交联度、交换容量、离子型态等因素酸碱性、交联度、交换容量、离子型态等因素有关。树脂在使用中如果发生链的断裂、孔结有关。树脂在使用中如果发生链的断裂、孔结构的变化、交换容量的下降等现象,其含水量构的变化、交换容量的下降等现象,其含水量也会随之发生变化。因此,从树脂含水量的变也会随之发生变化。因此,从树脂含水量的变化也可以反映出树脂内在质量的变化。化也可以反映出树脂内在质量的变化。本讲稿第十三页,共六十九页密密 度度l离子交换树脂的密度分为湿真密度、湿视密度和离子交换树脂的密度分为湿真密度
10、、湿视密度和装载密度。装载密度。l湿真密度:是指单位真体积湿态离子交换树脂的质量湿真密度:是指单位真体积湿态离子交换树脂的质量(单位(单位g/ml)。湿视密度是指单位视体积湿态离)。湿视密度是指单位视体积湿态离子交换树脂的质量(单位子交换树脂的质量(单位g/ml)。装载密度是指)。装载密度是指容器中树脂颗粒经水力反洗自然沉降后单位树容器中树脂颗粒经水力反洗自然沉降后单位树脂体积湿态离子交换树脂的质量(单位脂体积湿态离子交换树脂的质量(单位g/ml)。)。l湿态离子交换树脂:是指吸收了平衡水量并除湿态离子交换树脂:是指吸收了平衡水量并除去外部游离水分后的树脂。去外部游离水分后的树脂。本讲稿第十四
11、页,共六十九页粒度和粒度分布粒度和粒度分布l l一般用悬浮法制得的球状颗粒的粒径并不一致,大一般用悬浮法制得的球状颗粒的粒径并不一致,大体上处在体上处在0.2mm1.5mm1.5mm范围内(经筛分取范围内(经筛分取范围内(经筛分取范围内(经筛分取0.3mm1.2mm的颗粒用于制造树脂),其中的颗粒用于制造树脂),其中0.3mm0.6mm的占的占60%左右,左右,左右,左右,0.6mm1.0mm的占的占的占的占30%左右。未经左右。未经左右。未经左右。未经筛分的样品中,各种粒径的白球所占体积百分数一般呈筛分的样品中,各种粒径的白球所占体积百分数一般呈筛分的样品中,各种粒径的白球所占体积百分数一般
12、呈筛分的样品中,各种粒径的白球所占体积百分数一般呈正态分布函数关系(分布曲线是对称的)。如果在正态正态分布函数关系(分布曲线是对称的)。如果在正态正态分布函数关系(分布曲线是对称的)。如果在正态正态分布函数关系(分布曲线是对称的)。如果在正态概率坐标纸上作图,其粒径和体积累计百分数的关系是概率坐标纸上作图,其粒径和体积累计百分数的关系是概率坐标纸上作图,其粒径和体积累计百分数的关系是概率坐标纸上作图,其粒径和体积累计百分数的关系是一直线。经过筛分的树脂,其粒径分布就不呈正态函数一直线。经过筛分的树脂,其粒径分布就不呈正态函数一直线。经过筛分的树脂,其粒径分布就不呈正态函数一直线。经过筛分的树脂
13、,其粒径分布就不呈正态函数形形形形.为了正确说明商品用离子交换树脂的颗粒大小,应为了正确说明商品用离子交换树脂的颗粒大小,应该用该用4 4个指标:范围粒度、有效粒度和均一系数、下限个指标:范围粒度、有效粒度和均一系数、下限个指标:范围粒度、有效粒度和均一系数、下限个指标:范围粒度、有效粒度和均一系数、下限粒度(或上限粒度)。粒度(或上限粒度)。粒度(或上限粒度)。粒度(或上限粒度)。本讲稿第十五页,共六十九页机机 械械 性性 能能l离子交换树脂的机械性能(即保持颗粒的完整性),是离子交换树脂的机械性能(即保持颗粒的完整性),是十分重要的性能。在使用中,如果树脂颗粒不能保持其十分重要的性能。在使
14、用中,如果树脂颗粒不能保持其完整性,发生破裂或破碎,会给使用带来困难。主要表完整性,发生破裂或破碎,会给使用带来困难。主要表现为:破碎树脂在反洗时排出、细末漏过通流部分进入现为:破碎树脂在反洗时排出、细末漏过通流部分进入后续设备,结果导致树脂层高下降、交换容量降低、水后续设备,结果导致树脂层高下降、交换容量降低、水流阻力增加、污染后续设备中的树脂、系统出水水质下流阻力增加、污染后续设备中的树脂、系统出水水质下降、进入高温系统污染水汽品质等。所以应对树脂的机降、进入高温系统污染水汽品质等。所以应对树脂的机械性能或物理强度有一定要求。械性能或物理强度有一定要求。本讲稿第十六页,共六十九页不可逆膨胀
15、和转型膨胀不可逆膨胀和转型膨胀l l由于生产过程时间短,高分子链的缠结,所以未能充分膨胀,经过几个由于生产过程时间短,高分子链的缠结,所以未能充分膨胀,经过几个由于生产过程时间短,高分子链的缠结,所以未能充分膨胀,经过几个由于生产过程时间短,高分子链的缠结,所以未能充分膨胀,经过几个周期的使用,高分子骨架充分膨胀开,树脂体积才稳定下来。装入交换周期的使用,高分子骨架充分膨胀开,树脂体积才稳定下来。装入交换周期的使用,高分子骨架充分膨胀开,树脂体积才稳定下来。装入交换周期的使用,高分子骨架充分膨胀开,树脂体积才稳定下来。装入交换器的树脂层高度,在使用几个期后会增加。因为这种膨胀是不可逆的,器的树
16、脂层高度,在使用几个期后会增加。因为这种膨胀是不可逆的,器的树脂层高度,在使用几个期后会增加。因为这种膨胀是不可逆的,器的树脂层高度,在使用几个期后会增加。因为这种膨胀是不可逆的,故称不可逆膨胀。故称不可逆膨胀。故称不可逆膨胀。故称不可逆膨胀。l l 影响树脂不可逆膨胀的因素,主要是树脂制造工艺的后处理。如影响树脂不可逆膨胀的因素,主要是树脂制造工艺的后处理。如影响树脂不可逆膨胀的因素,主要是树脂制造工艺的后处理。如影响树脂不可逆膨胀的因素,主要是树脂制造工艺的后处理。如后处理时间较长,转型和清洗又比较充分,则不可逆膨胀就比较小。后处理时间较长,转型和清洗又比较充分,则不可逆膨胀就比较小。后处
17、理时间较长,转型和清洗又比较充分,则不可逆膨胀就比较小。后处理时间较长,转型和清洗又比较充分,则不可逆膨胀就比较小。l l 树脂的离子型态不同,其体积也不相同。当树脂从一种离子型树脂的离子型态不同,其体积也不相同。当树脂从一种离子型树脂的离子型态不同,其体积也不相同。当树脂从一种离子型树脂的离子型态不同,其体积也不相同。当树脂从一种离子型态变为另一种离子型态时,树脂的体积就发生了变化。这种变化称态变为另一种离子型态时,树脂的体积就发生了变化。这种变化称态变为另一种离子型态时,树脂的体积就发生了变化。这种变化称态变为另一种离子型态时,树脂的体积就发生了变化。这种变化称为转型膨胀,是一种可逆膨胀。
18、当恢复成原来的离子型态时,树脂为转型膨胀,是一种可逆膨胀。当恢复成原来的离子型态时,树脂为转型膨胀,是一种可逆膨胀。当恢复成原来的离子型态时,树脂为转型膨胀,是一种可逆膨胀。当恢复成原来的离子型态时,树脂的体积也恢复为原来的值。各种离子形态树脂的体积不同、树脂中的体积也恢复为原来的值。各种离子形态树脂的体积不同、树脂中的体积也恢复为原来的值。各种离子形态树脂的体积不同、树脂中的体积也恢复为原来的值。各种离子形态树脂的体积不同、树脂中离子交换基团解离的能力不同以及亲水能力不同等都会引起树脂转离子交换基团解离的能力不同以及亲水能力不同等都会引起树脂转离子交换基团解离的能力不同以及亲水能力不同等都会
19、引起树脂转离子交换基团解离的能力不同以及亲水能力不同等都会引起树脂转型体积变化。如果树脂骨架上某种离子能形成氢键、离子架桥等作型体积变化。如果树脂骨架上某种离子能形成氢键、离子架桥等作型体积变化。如果树脂骨架上某种离子能形成氢键、离子架桥等作型体积变化。如果树脂骨架上某种离子能形成氢键、离子架桥等作用时,会使树脂体积发生较大的变化。用时,会使树脂体积发生较大的变化。用时,会使树脂体积发生较大的变化。用时,会使树脂体积发生较大的变化。本讲稿第十七页,共六十九页耐热性与抗氧化性耐热性与抗氧化性l l耐热性离子交换树脂的耐热性表示其在耐热性离子交换树脂的耐热性表示其在受热时保持其理化性能的能力通过对
20、耐受热时保持其理化性能的能力通过对耐热性的研究,可以确定:热性的研究,可以确定:l l(1)树脂长期使用的允许温度;)树脂长期使用的允许温度;l l(2)不同离子型态时树脂耐热性的差)不同离子型态时树脂耐热性的差别;别;l l(3)树脂结构和耐热性关系;)树脂结构和耐热性关系;l l(4)热分解产物)热分解产物本讲稿第十八页,共六十九页离子交换树脂的化学性能离子交换树脂的化学性能l交换容量交换容量l阳离子交换树脂交换容量阳离子交换树脂交换容量l阴离子交换树脂交换容量阴离子交换树脂交换容量l离子交换的选择性离子交换的选择性本讲稿第十九页,共六十九页交交 换换 容容 量量l质量全交换容量质量全交换
21、容量:l l质量全交换容量通常简称为全交换容量,质量全交换容量通常简称为全交换容量,它表示的是单位质量树脂所具有的全部它表示的是单位质量树脂所具有的全部交换基团的数量。交换基团的数量。l l干基和湿基交换容量干基和湿基交换容量:l l在实际中,经常使用的是湿态树脂的体在实际中,经常使用的是湿态树脂的体积交换容量,它表示单位体积完全浸泡积交换容量,它表示单位体积完全浸泡在水中的树脂所具有的交换基团总量。在水中的树脂所具有的交换基团总量。本讲稿第二十页,共六十九页 l l基团容量基团容量基团容量基团容量:l l 某些离子交换树脂具有两种或两种以上的离子交换树脂某些离子交换树脂具有两种或两种以上的离
22、子交换树脂某些离子交换树脂具有两种或两种以上的离子交换树脂某些离子交换树脂具有两种或两种以上的离子交换树脂基团,它们各有不同的特性。基团交换容量是用来表示质基团,它们各有不同的特性。基团交换容量是用来表示质基团,它们各有不同的特性。基团交换容量是用来表示质基团,它们各有不同的特性。基团交换容量是用来表示质量或单位体积树脂中某种离子交换基团的量(如磺酸基团量或单位体积树脂中某种离子交换基团的量(如磺酸基团量或单位体积树脂中某种离子交换基团的量(如磺酸基团量或单位体积树脂中某种离子交换基团的量(如磺酸基团容量、羧酸基团容量、季胺基团容量、仲胺基团容量等)。容量、羧酸基团容量、季胺基团容量、仲胺基团
23、容量等)。容量、羧酸基团容量、季胺基团容量、仲胺基团容量等)。容量、羧酸基团容量、季胺基团容量、仲胺基团容量等)。l l平衡交换容量平衡交换容量平衡交换容量平衡交换容量:l l 用于表示达到平衡状态时单位质量或单位体积的树脂用于表示达到平衡状态时单位质量或单位体积的树脂用于表示达到平衡状态时单位质量或单位体积的树脂用于表示达到平衡状态时单位质量或单位体积的树脂中参于反应的交换基团的量。它表示在给定条件下,该中参于反应的交换基团的量。它表示在给定条件下,该中参于反应的交换基团的量。它表示在给定条件下,该中参于反应的交换基团的量。它表示在给定条件下,该树脂可能发挥的最大交换容量,是离子交换体系的重
24、要树脂可能发挥的最大交换容量,是离子交换体系的重要树脂可能发挥的最大交换容量,是离子交换体系的重要树脂可能发挥的最大交换容量,是离子交换体系的重要参数。参数。参数。参数。l l交换容量和离子型态交换容量和离子型态交换容量和离子型态交换容量和离子型态:由于反离子种类不同,每个单元交换:由于反离子种类不同,每个单元交换:由于反离子种类不同,每个单元交换:由于反离子种类不同,每个单元交换基团的质量也不相同基团的质量也不相同基团的质量也不相同基团的质量也不相同本讲稿第二十一页,共六十九页阳离子交换树脂交换容量阳离子交换树脂交换容量l常用强酸阳树脂交换容量测定包括常用强酸阳树脂交换容量测定包括测定全交换
25、容量及基团交换容量,测定全交换容量及基团交换容量,而常用弱酸树脂只测定全交换容量而常用弱酸树脂只测定全交换容量即是弱酸基团容量。即是弱酸基团容量。l l同类树脂同类树脂0017、00110、00114.5的干的干基交换容量随交联度增大而减少。基交换容量随交联度增大而减少。D00116大孔树脂磺化反应温度较其它大孔树脂磺化反应温度较其它树脂高,其产生弱酸基的量也较大。树脂高,其产生弱酸基的量也较大。本讲稿第二十二页,共六十九页阴离子交换树脂交换容量阴离子交换树脂交换容量l阴离子交换树脂交换容量测定包括对强阴离子交换树脂交换容量测定包括对强碱性和弱碱性两种阴树脂的全交换容量、碱性和弱碱性两种阴树脂
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